运筹学决策分析.ppt
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1、第第13章:决策分析章:决策分析q决策决策q确定情况下的决策确定情况下的决策q不确定情况下的决策不确定情况下的决策q风险情况下的决策风险情况下的决策q连续决策与决策树连续决策与决策树1决策概览决策案例决策要素决策过程决策模式决策文化决策分类2q决策决策决策:从许多个为了同一目标而供选择的行动方案中确定一个最优方决策:从许多个为了同一目标而供选择的行动方案中确定一个最优方案。案。决策是人类社会所固有的普遍存在的活动,它存在于个人,集体决策是人类社会所固有的普遍存在的活动,它存在于个人,集体和社会的行为中。和社会的行为中。决策的步骤:决策的步骤:Herbert Simon(获获1987年诺贝尔经济
2、奖)说:年诺贝尔经济奖)说:“决策包括三个步骤:决策包括三个步骤:找出决策所需要的条件;找出所有可能的行动方案;从可行的行动方找出决策所需要的条件;找出所有可能的行动方案;从可行的行动方 案中选择一个最优方案。案中选择一个最优方案。”到了上世纪到了上世纪70年代,年代,Simon把决策的执把决策的执行行 和检查,即决策的评价列为第四步骤。和检查,即决策的评价列为第四步骤。损益矩阵:包括每一个可能的行动方案,系统所处的不同状态,以及损益矩阵:包括每一个可能的行动方案,系统所处的不同状态,以及 采取每个行动方案后出现不同状态时的损益值。采取每个行动方案后出现不同状态时的损益值。3例如用例如用 ,表
3、示所有可能的行动方案,(称为决策变量),表示所有可能的行动方案,(称为决策变量),表示所有可能出现的状态,(称为状态变量),表示所有可能出现的状态,(称为状态变量)表示采取行动方案出现状态时的损益值。表示采取行动方案出现状态时的损益值。则对应的损益矩阵为则对应的损益矩阵为方案方案 状态状态s1s1s2s2snsna1a1v11v11v12v12v1nv1na2a2v21v21v22v22v2nv2n:amamvm1vm1vm2vm2vmnvmn例如一个房屋所有者每年花费例如一个房屋所有者每年花费200200英镑投保火险。他的目标是把损失英镑投保火险。他的目标是把损失降到最低。如果房屋价值降到最
4、低。如果房屋价值7000070000英英镑,且一旦房屋烧毁了,保险公司镑,且一旦房屋烧毁了,保险公司将全额赔赏。则该决策问题可用一将全额赔赏。则该决策问题可用一个损失矩阵表示:个损失矩阵表示:方案方案 状态状态房屋烧毁了房屋烧毁了房屋没被房屋没被烧毁烧毁为房屋投保为房屋投保200200200200不为房屋投保不为房屋投保70000700000 04q不确定情况下的决策不确定情况下的决策不确定性决策:决策者采取某种行动方案后,面临的系统状态将不确定性决策:决策者采取某种行动方案后,面临的系统状态将是不确定的,决策者对系统的状态没有控制力,同时也不能确定是不确定的,决策者对系统的状态没有控制力,同
5、时也不能确定每种状态发生的概率。每种状态发生的概率。n拉普拉斯决策准则:拉普拉斯决策准则:(等可能性准则)等可能性准则)1,求出每一种方案的平均损益值,求出每一种方案的平均损益值,2,选择结果均值最好的方案。,选择结果均值最好的方案。实例实例13.2:运用拉普拉斯决策准则对房屋保险的例子求最优方案:运用拉普拉斯决策准则对房屋保险的例子求最优方案方案方案 状态状态房屋烧毁了房屋烧毁了房屋没被房屋没被烧毁烧毁平均损失平均损失为房屋投保为房屋投保200200200200200200不为房屋投保不为房屋投保70000700000 03500035000最优方案:最优方案:为房屋投保。为房屋投保。6n瓦
6、尔德决策准则:(瓦尔德决策准则:(悲观主义准则)悲观主义准则)1 1,求出每一种方案的最坏结果,求出每一种方案的最坏结果,2 2,根据这些最坏结果,选择一个最优方案。,根据这些最坏结果,选择一个最优方案。实例实例13.313.3:运用瓦德决策准则对房屋保险的例子求最优方案:运用瓦德决策准则对房屋保险的例子求最优方案方案方案 状态状态房屋烧毁了房屋烧毁了房屋没被房屋没被烧毁烧毁最大损失最大损失为房屋投保为房屋投保200200200200200200不为房屋投保不为房屋投保70000700000 07000070000最优方案:最优方案:为房屋投保。为房屋投保。7n沙威治决策准则:(最小最大后悔沙
7、威治决策准则:(最小最大后悔准则)准则)后悔值:是最好的可能结果和实际结果之差。后悔值:是最好的可能结果和实际结果之差。沙威治准则:在对状态无法控制的情况下,尽可能避免决策以后后悔。沙威治准则:在对状态无法控制的情况下,尽可能避免决策以后后悔。1,将损益矩阵改写成后悔值矩阵(,将损益矩阵改写成后悔值矩阵(regret matrix),即将损失矩阵的每个元素减去所在列的最小元素。即将损失矩阵的每个元素减去所在列的最小元素。将收益矩阵的每列的最大元素减去所在列的其它各元素。将收益矩阵的每列的最大元素减去所在列的其它各元素。所以后悔值矩阵每一列都有一个所以后悔值矩阵每一列都有一个0,其他后悔值都是正
8、数。,其他后悔值都是正数。2 2,求出每一种方案的最大后悔值,求出每一种方案的最大后悔值,3 3,根据这些最大后悔值选择最小后悔值对应的方案。,根据这些最大后悔值选择最小后悔值对应的方案。实例实例13.13.4 4:运用沙威治决策准则对房屋保险的例子求最优方案:运用沙威治决策准则对房屋保险的例子求最优方案 损益矩阵损益矩阵 后悔值矩阵后悔值矩阵 最优方案:为房屋投保最优方案:为房屋投保 房屋烧毁房屋烧毁了了房屋没被房屋没被烧毁烧毁为房屋投为房屋投保保200200200200不为房屋不为房屋投保投保70000700000 0方案方案 状态状态房屋烧毁了房屋烧毁了房屋没被房屋没被烧毁烧毁最大最大后
9、悔值后悔值为房屋投保为房屋投保0 0200200200200不为房屋投保不为房屋投保69800698000 069800698008除了以上这些准则以外,还有乐观主义准则除了以上这些准则以外,还有乐观主义准则赫威兹准则(折中主义准则)等。赫威兹准则(折中主义准则)等。乐观主义准则折衷主义准则赫威兹准则需选定一个赫威兹系数赫威兹准则需选定一个赫威兹系数(01),并依据以),并依据以下价值作为决策的准则:下价值作为决策的准则:最好的结果最好的结果+(1-)最坏的结最坏的结果。果。当当=0或或=1时,赫威兹准则拓变为悲观主义或乐观主义准时,赫威兹准则拓变为悲观主义或乐观主义准则。则。9Expecte
10、d Value Criterion期望规则假假设有石油的概率为设有石油的概率为 40%.收益表收益表勘探的期望收益=不勘探的期望收益=状态状态 决策决策有无勘探600-200 不勘探 00 先验概率先验概率.实际举例实际举例10n准则的选用:准则的选用:建议:建议:决策者是咨询顾问:建议使用沙威治决策准则。决策者是咨询顾问:建议使用沙威治决策准则。决策者是无力承担风险的小企业:建议使用瓦尔德决策准则。决策者是无力承担风险的小企业:建议使用瓦尔德决策准则。在一般情况下可使用拉普拉斯决策准则。在一般情况下可使用拉普拉斯决策准则。实例实例13.513.5:下列矩阵列出了一个决策的收益,试利用五种决策
11、准则:下列矩阵列出了一个决策的收益,试利用五种决策准则选择最优方案。取赫威兹系数选择最优方案。取赫威兹系数=0.3=0.3。1 12 23 3平均平均悲观悲观乐观乐观折中折中1 1141423236 614.3 14.3 6 6232311.111.12 211111717141414.0 14.0 1111171712.812.83 312121616151514.3 14.3 1212161613.213.21 12 23 3后悔后悔1 10 00 09 99 9 2 23 36 61 16 6 3 32 27 70 07 7 11n完备信息的最大价值:完备信息的最大价值:完备信息:指经济
12、预测专家提供的准确信息,掌握完备信息就能提完备信息:指经济预测专家提供的准确信息,掌握完备信息就能提前知道什么事件将发生。前知道什么事件将发生。在获得完备信息情况下,决策者能进行准确无误的决策,但是为了获在获得完备信息情况下,决策者能进行准确无误的决策,但是为了获得完备信息必须支付费用,因此有必要讨论为了获得完备信息所能承得完备信息必须支付费用,因此有必要讨论为了获得完备信息所能承受的高价格。受的高价格。以下通过例子说明如何确定完备信息的最大价值:以下通过例子说明如何确定完备信息的最大价值:实例实例13.13.6 6:一家公司将推出一个新:一家公司将推出一个新产品,其成功与否取决于经济形势。产
13、品,其成功与否取决于经济形势。该产品可以以三种形式推出该产品可以以三种形式推出豪豪华型,标准型,基本型。公司必须华型,标准型,基本型。公司必须决定以哪种形式推出,损益矩阵如决定以哪种形式推出,损益矩阵如下,表中数字为收益,单位为千英下,表中数字为收益,单位为千英镑。试确定完备信息的最大价值。镑。试确定完备信息的最大价值。方案方案 状态状态经济经济低潮低潮经济经济一般一般经济经济高潮高潮豪华型豪华型101015153030标准型标准型5 520201010基本型基本型 15151010-5-512方案方案 状态状态经济经济低潮低潮经济经济一般一般经济经济高潮高潮平均平均收益收益豪华型豪华型101
14、01515303018.318.3标准型标准型5 52020101011.711.7基本型基本型 15151010-5-56.76.7购买信息购买信息15-F15-F20-F20-F30=F30=F21.7-F21.7-F解:假设为了获得完备信息必须支付解:假设为了获得完备信息必须支付F F千英镑,那么公司的实际获利千英镑,那么公司的实际获利将扣除信息费将扣除信息费F F。这不能保证购买完备信息是合算的,可将购买信息这不能保证购买完备信息是合算的,可将购买信息作为第四种方案加以一并考虑。作为第四种方案加以一并考虑。显然,根据拉普拉斯决策准则,若不购买信息,则选取豪华型显然,根据拉普拉斯决策准则
15、,若不购买信息,则选取豪华型为最优决策,但是如果为最优决策,但是如果 18.3 18.321.7-21.7-F F,即即F3.4F3.4千英镑时,千英镑时,可考虑采用购买完备信息为最优决策。可考虑采用购买完备信息为最优决策。13q风险情况下的决策风险情况下的决策风险性的决策:决策者采取某种行动方案后,系风险性的决策:决策者采取某种行动方案后,系统有若干种状态可能发生,决策者对系统的状态统有若干种状态可能发生,决策者对系统的状态虽然没有控制力,但是能确定每种状态发生的概虽然没有控制力,但是能确定每种状态发生的概率。率。n损益期望值:每一个行动方案对应的所有状态的损益期望值:每一个行动方案对应的所
16、有状态的损益值与其概率的乘积之和。损益值与其概率的乘积之和。风险性决策:风险性决策:1 1,求出每一种方案的损益期望值,求出每一种方案的损益期望值,2 2,选择具有最优期望值的方案。,选择具有最优期望值的方案。14实例实例13.13.7 7:一家运输公司投标于一个长期合同:一家运输公司投标于一个长期合同将报纸从印刷厂运给将报纸从印刷厂运给经销商。它可以有三种报价:低报价经销商。它可以有三种报价:低报价假定报纸销售增加,则低的单假定报纸销售增加,则低的单价并不会引起总运输收入下降或利润减少;中报价价并不会引起总运输收入下降或利润减少;中报价如果报纸保持原如果报纸保持原有销量,这一报价会获得一个合
17、理的收益;高报价有销量,这一报价会获得一个合理的收益;高报价假定报纸销量减假定报纸销量减少,高报价可以保证运输公司自己有利可图。报纸销售情况的概率及运少,高报价可以保证运输公司自己有利可图。报纸销售情况的概率及运输公司的利润输公司的利润(千英镑千英镑)如下表。公司应该投标哪种价格如下表。公司应该投标哪种价格?若通过若通过咨询可咨询可获得完备信息,试求完备信息的最大价值。获得完备信息,试求完备信息的最大价值。解:解:销量销量减少减少销量销量不变不变销量销量增加增加P=0.4P=0.4P=0.3P=0.3P=0.3P=0.3期望值期望值低报价低报价10101515161613.313.3中报价中报
18、价5 5202010101111高报价高报价18181010-5-58.78.7购买信息购买信息18-F18-F20-F20-F16-F16-F18.0-F18.0-F应取低报价方案应取低报价方案若通过咨询可获得完备若通过咨询可获得完备信息,由信息,由13.313.318.0-18.0-F F,推得推得F7.4F7.4,所以所以完备信息的最大价完备信息的最大价值为值为7.47.4千英镑千英镑15n用贝叶斯定理更新概率:用贝叶斯定理更新概率:贝叶斯定理:假设贝叶斯定理:假设A1+A2+An A1+A2+An 为必然事件,且包含事为必然事件,且包含事件件B B,更新概率的方法:更新概率的方法:1
19、1,由过去的经验或专家的估计获得将发生事件的事先(先验)概率,由过去的经验或专家的估计获得将发生事件的事先(先验)概率,2 2,根据调查和计算得到条件概率,利用贝叶斯定理计算出个事件的,根据调查和计算得到条件概率,利用贝叶斯定理计算出个事件的 事后(后验)概率。事后(后验)概率。B1B1B2B2先验概率先验概率B1B1B2B2A1A1P(B1/A1P(B1/A1)P(B2/A1)P(B2/A1)P(A1)P(A1)P(A1)P(B1/A1P(A1)P(B1/A1)P(A1)P(B2/A1P(A1)P(B2/A1)A2A2P(B1/A2P(B1/A2)P(B2/A2)P(B2/A2)P(A2)P
20、(A2)P(A2)P(B1/A2P(A2)P(B1/A2)P(A2)P(B2/A2P(A2)P(B2/A2)P(B1)P(B1)P(B2)P(B2)A1A1P(A1/B1)P(A1/B1)P(A1/B2)P(A1/B2)A2A2P(A2/B1)P(A2/B1)P(A2/B2)P(A2/B2)后验概率后验概率后验概率后验概率16实例实例13.13.8:8:一个运动会的参与人数规模也许会小一个运动会的参与人数规模也许会小(概率为概率为0.4)0.4),也许会,也许会大大(概率概率0.60.6)。为了做好安排,在运动会召开的一个星期前可以分析门)。为了做好安排,在运动会召开的一个星期前可以分析门票预
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